(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結して得られる焼結鉱であって、
前記焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率をＨとし、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸとしたとき、式（１）で表されるパラメータＦが４．２以上となることを特徴とする焼結鉱。
Ｆ＝Ｈ−１０Ｘ                ・・・（１）
ただし、
Ｘ＝Ｌ／Ｓ
Ｌ：焼結鉱の断面における基質周囲長（ｍｍ）
Ｓ：焼結鉱の断面積（ｍｍ２）
Ｈ：焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率（％）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、脱珪処理時に用いられる脱珪剤としても用いることができる焼結鉱に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高炉原料として、採掘された鉄鉱石だけでなく、粉鉱を焼成・焼結して得られる焼結鉱が用いられている。焼結鉱は、高炉で用いられるのが一般的であり、特に高炉内の通気性の観点から高い落下強度を有することが望まれている。これは、強度が低い場合、焼結鉱製造後の搬送や貯鉱時、あるいは高炉装入時に粉化し、高炉内の通気性を悪化させ安定操業を阻害する要因となるためである。
【０００３】
焼結鉱の製造方法に関する技術は様々なものが開発されており、例えば、特許文献１〜５に示すものがある。
特許文献１は、焼結鉱（焼結体）の強度の評価方法の技術であり、評価対象とする焼結体を樹脂、パラフィン、またはセメントを接着剤として固めた後研磨し、その研磨面を観察して得られる断面組織像をグレイレベルあるいは反射輝度レベルによって空隙と固体部に分離し、空隙については面積率（ε）及び／または円相当径（ｄε）を、固体部については円相当径（ｄｓ）、及び／または（周長）２／面積、すなわち（Ｌ２／Ｓ）を求め、これら四つの指数の中から空隙及び固体部について、それぞれ少なくとも一つづつ、合計二つ以上の指数を用いて焼結度の評価を行っている。
【０００４】
特許文献２も焼結鉱の評価に関するものであって、ＣＴスキャナーで撮像して得られた焼結体の任意の横断面画像より構成画素毎のＣＴ値レベルで区分した画像を合成し、該画像の面積および周囲長を求めたのち、所定の式にて焼結鉱の製造歩留を測定している。特許文献３も特許文献１及び特許文献２と同様に、焼結鉱の評価方法の技術である。
その他、特許文献４は、焼結鉱の製造に関する技術であり、鉄鉱石の焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料の配合割合と造粒時の水分量とから造粒後の疑似粒径を算出し、この疑似粒径から焼結時の最高温度を算出し、この最高温度と焼結時の空隙減少量との関係から焼結後の空隙率を予測し、該空隙率、焼結鉱鉱物中のカルシウムフェライト相の面積率および一次ヘマタイトの面積率から焼結鉱の還元率を予測し、この還元率の予測値が目標値に近づくように焼結原料の配合割合および／または造粒時の水分量を調整して焼結鉱を製造している。    
【０００５】
また、特許文献５も、焼結鉱の製造に関する技術であり、焼結原料銘柄配合比率、焼結原料銘柄化学成分、石灰石配合比率、粉コークス配合比率をもとにして、所定の実験式から焼結鉱中のカルシウムフェライト量、ヘマタイト量、マグネタイト量、スラグ量を算出し、これらの量から焼結鉱での鉱物構成比率を推定し、推定値が予め定められた目標値に一致するように焼結原料配合比率および焼結操業条件を制御して焼結鉱を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２２８６６４号公報
【特許文献２】特公平０６−１０５２２９号公報
【特許文献３】特開平０７−０１１３４９号公報
【特許文献４】特開昭６２−１８８７３３号公報
【特許文献５】特開昭５８−１９７２２８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】紫冨田浩、「日本鐡鋼協會々誌」69(12), S896, 1983-09-03
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜５は、焼結鉱に関する技術であり、いずれも、焼結鉱を製造したときの強度を規定するものである。これらの技術は、焼結鉱を高炉のみに供給することに着目してその強度を規定している。一方で、焼結鉱を高炉だけではなく他の工程に用いるという要
望があり、例えば、非特許文献１に示すように焼結鉱を脱珪処理の工程に用いることが行われている。しかしながら、従来のような特許文献１〜５に示した技術及び非特許文献１を用いて焼結鉱を製造したとしても、脱珪効率が悪いのが実情である。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、高炉原料として十分な強度を有すると共に脱珪能にも優れる焼結鉱を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の焼結鉱は、鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結して得られる焼結鉱であって、前記焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率をＨとし、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸとしたとき、式（１）で表されるパラメータＦが４．２以上となることを特徴とする。
【００１１】
Ｆ＝Ｈ−１０Ｘ                ・・・（１）
ただし、
Ｘ＝Ｌ／Ｓ
Ｌ：焼結鉱の断面における基質周囲長（ｍｍ）
Ｓ：焼結鉱の断面積（ｍｍ２）
Ｈ：焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率（％）
【発明の効果】
【００１２】
本発明の焼結鉱は、高強度で且つ脱珪能に優れていて、高炉の原料としてばかりか、脱珪処理に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】焼結機の全体図である。
【図２】焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長及び焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率Ｈを説明するための図である。
【図３】一次ヘマタイト及び二次ヘマタイトの説明図である。
【図４】パラメータＦと落下強度とに関する実施例及び比較例のプロット図である。
【図５】パラメータＦと脱珪処理後のＳｉ濃度とに関する実施例及び比較例のプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る焼結鉱について、図をもとに説明する。
高炉にて使用される焼結鉱は、鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結することで製造される（焼結工程）。焼結鉱を製造するには、まず、鉄鉱石、石灰石や珪石等の副原料および炭材（コークス）の混合物に水を添加して造粒し（混合造粒という）、例えば、図１に示すような焼結機で焼結して製造する。なお、本発明の焼結鉱は、図１に示した焼結機１で製造したものに限定されず、当業者が通常用いる焼結機であればどのようなものであってもよい。
【００１５】
図１に示す焼結機１では、混合造粒した焼結原料２をホッパー３に入れ、このホッパー３内の焼結原料２をパレット台車等の搬送装置４に供給する。そして、搬送装置４上に供給された焼結原料２を、当該搬送装置４の上方に設けたバーナなどの加熱装置５を用いて着火する。着火された焼結原料２は、上流側から下流側へ搬送されつつ搬送装置４の下方から空気を吸引することによって、焼結原料２の焼結が進行することになる。焼結工程では、焼結原料２はコークス（炭材）の燃焼発熱により部分的に融液が生成し、互いに溶融及び同化する焼結反応が進む。焼結反応が終了した充填層（以下、シンターケーキ）は、粉砕機による粉砕や篩い分けがなされ、最終的に焼結鉱となる。
【００１６】
さて、焼結工程にて焼結が不十分である場合、シンターケーキや製品後の焼結鉱は強度が弱く、焼結工程以降の製品処理工程や高炉に搬送する際に細粒化してしまう。焼結工程以降において、シンターケーキや製品後の焼結鉱が細粒化してしまうと、高炉内の通気性が悪化し安定操業を阻害する要因となるために、高炉原料として使用できなくなることから、焼結工程では、細粒化しないシンターケーキが求められている。
【００１７】
即ち、このような焼結鉱の製造では、焼結機の供給された鉄鉱石、石灰石や珪石等の副
原料および炭材（コークス）の全原料の総重量と、製品処理工程にて落下強度や回転強度を満たして最終的に焼結鉱成品となった焼結鉱の総重量との割合によって、焼結鉱の歩留が評価され、歩留が高いほど良い。このように、焼結鉱を製造するにあたっては、強度を十分に満たす焼結鉱を製造することが求められているものの、焼結鉱の強度を左右する因子が必ずしも明確になっていないのが実情である。
【００１８】
発明者らは、焼結鉱について様々な角度から検証を行い、その結果、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長に着目して、高強度の焼結鉱を得られることを見いだした。
図２（ａ）に示すように、焼結鉱を断面視し、焼結鉱の断面積を「Ｓｍｍ２」とし、焼結鉱断面の周囲長（基質周囲長）を「Ｌｍｍ」としたとき、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘ（ｍｍ／ｍｍ２）は、Ｘ＝Ｌ／Ｓで表すことができる。なお、実際の焼結鉱を断面視したとき、基質内には複数の気孔が存在するが、この閉気孔も断面積Ｓ内に算入するとする。
【００１９】
焼結鉱の強度は、生成した溶融量と密接に関係しており、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが小さく、焼結鉱が凸凹していないということは、焼結時に焼結原料の多くが溶融したと考えられ、原料同士が強固に溶融し同化が進行するため、強度が高いと言える。一方、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが大きく、焼結鉱が凸凹していれば、焼結時での溶融量が少なく強度が小さい。このようなことから、本発明では、「Ｘ＝Ｌ／Ｓ」で表される焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘに着目して、焼結鉱の強度を評価することとしている。なお、理論的に基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘの理論限界値を考えてみると、焼結鉱の断面積Ｓが同じであれば、断面積Ｓが円であるときが最も値が小さく、円の場合は、理論限界値はＸ＝２／ｄとなる（ｄは焼結鉱の基質面積の直径）。ここで、実操業において高炉で用いる焼結鉱は最大でも１００ｍｍ程度であることから、例えば、高炉で用いる焼結鉱の大きさを１００ｍｍと考えたときは、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘの最小値は０．０４となる。また、高炉として用いることができる焼結鉱の強度の管理基準値は種々設定されているが、例えば、「河西健一「第８回西山記念技術講座 製鉄の現状と将来」、１９７０年、ｐ．５７」によれば、落下強度（ＪＩＳ８７１１に基づく）は７７％以上とされている。
【００２０】
焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めるにあたっては、図２（ｂ）に示すように、焼結鉱において、複数の断面をとり、各断面の周囲長を合計したものを基質周囲長Ｌｍｍとし、各断面の表面積を合計したものを焼結鉱の断面積をＳｍｍ２として、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めることが好ましい（Ｘ＝ΣＬ／ΣＳ）。焼結鉱の断面を知る手法としては、Ｘ線ＣＴ装置、SEMによる断面観察などが採用可能である。
【００２１】
さて、高炉で出銑された溶銑は、一般に、脱珪、脱りん、脱硫といった溶銑予備処理を施され、転炉にて脱炭処理が行われる。溶銑予備処理の脱珪工程では、脱珪剤を供給して溶銑中の珪素Ｓｉと脱珪剤とを反応させることによって脱珪処理を行っているが、脱珪剤としては、例えば酸化鉄などが挙げられ、式（１）に示すように酸化鉄の固体酸素を供給して酸素と珪素Ｓｉとを反応させることが必要である。
[Si]＋2（FeO）→(SiO2)＋2Fe・・・（１）
ここで、[Si]は溶銑中での珪素濃度、(FeO)は、スラグ中のFeO濃度である。
【００２２】
発明者らは、上述したように、高炉などで用いる焼結鉱に着目し、脱珪工程における精錬材として、より反応効率に優れる焼結鉱を得ることを考えた。
上述したように、図３（ａ）に示すように、焼結鉱の元材料である焼結原料２は、鉄鉱石、石灰石、珪石であり、そのうち、鉄鉱石に含まれる酸化鉄（ＦｅｘＯ）は主に一次ヘマタイトとして存在する。ここで、図３（ｂ）に示すように、焼結原料２を焼結すると、鉄鉱石中の酸化鉄（ＦｅｘＯ）と石灰石（ＣａＣＯ３）との反応によって鉄鉱石中にはカルシウムフェライト（ＣａＯ・ＦｅＯｘ）が生成される。ここで、焼結工程において、例えば、さらに焼結原料２の温度を１３００℃以上に上昇（昇温）したとすると、図３（ｃ）に示すように、生成したカルシウムフェライトは分解し、当該焼結原料２を冷却すると焼結原料２中から二次ヘマタイトが晶出する。つまり、焼結工程において温度を上昇させることにより、焼結原料２中に二次ヘマタイトが生成することになる。
【００２３】
この二次ヘマタイトは、カルシウムフェライトよりもＦｅｘＯの活量が高く、一次ヘマタイトよりも細粒であり、反応性に優れていることから、発明者らは、上述したように焼結工程において、焼結原料２中に二次ヘマタイトを生成させることにより、焼結鉱中に二次ヘマタイトを含有させて、脱珪処理に優れる焼結鉱を得ることができるようにしている。
【００２４】
具体的には、焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率をＨとし、上述した焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを加えたパラメータＦを「Ｆ＝Ｈ−１０Ｘ」とし、高強度であり且つ脱珪能も優れた焼結鉱を見いだすこととした。
従来の技術では、焼結鉱の製造のみに着目していたため、焼結工程では強度の高い焼結鉱を得られるようにしているのみであり、焼結工程において焼結原料２中に多くの二次ヘマタイトを生成させるという考えは全くなかった。本発明では、焼結鉱としての強度を確保しつつも、脱珪剤として使用できる脱珪能に優れた焼結鉱とするため、強度に関する基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘと、脱珪能に関する焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率Ｈとを合わせたパラメータＦを規定し、様々な実験等の結果、パラメータＦを４．２以上とすることによって、高強度であり且つ脱珪能も優れた焼結鉱を得ることができることを見いだした。
【００２５】
図２（ｃ）に示すように、二次ヘマタイトの面積率は、焼結鉱の断面積に対する二次ヘマタイトの断面積の割合[二次ヘマタイトの面積率（％）＝二次ヘマタイトの断面積／焼結鉱の断面積×１００）]である。この実施形態では、焼結鉱を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で分析し、Ｆｅ≧５０質量％、Ｏ≧２０質量％である焼結鉱組成のうち円相当径が５０〜１００μｍであり且つ円形度が１．１５６以上であるものを二次ヘマタイトとし、二次ヘマタイトの断面積を求めた。また、ＥＰＭＡで分析したときの観察視野面積（例えば、３．７８ｍｍ２）を焼結鉱の断面積としたうえで、二次ヘマタイトの断面積／観察視野面積によって二次ヘマタイトの面積率を求めることとした。            
【００２６】
なお、二次ヘマタイトの面積率の算出はこの方法に限定されない。また、パラメータＦについては、高強度にすればするほど大きくなる傾向にあるが、焼結原料２が全て溶融すると共に、カルシウムフェライトが二次ヘマタイトとスラグとに分解した場合でもパラメータＦは５０以下になる。また、パラメータFの下限については、上述したように、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘ（ｍｍ／ｍｍ２）の最小値が０．０４であることから、二次ヘマタイトが全く存在しない場合でも、パラメータFはマイナス０．４以上となる。
【００２７】
以上まとめると、本発明の焼結鉱は、鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結して得られる焼結鉱であって、焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率をＨとし、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸとしたとき、式（１）で表されるパラメータＦが４．２以上となるようにしている。
Ｆ＝Ｈ−１０Ｘ                ・・・（１）
ただし、
Ｘ＝Ｌ／Ｓ
Ｌ：焼結鉱の断面における基質周囲長（ｍｍ）
Ｓ：焼結鉱の断面積（ｍｍ２）
Ｈ：焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率（％）
焼結鉱を製造するにあたっては、焼結工程において、式（１）のパラメータＦが４．２以上となるように、焼結温度などの焼結条件を調整することが好ましい。例えば、焼結原料を焼結したときの層内温度を１３５０℃以上として溶融液を多く生成させると共に、二次ヘマタイトの生成を促進し、パラメータＦが４．２以上となるようにする。
【００２８】
表１は、本発明の焼結鉱である実施例と、本発明とは異なる焼結鉱である比較例とをまとめたものである。
【００２９】
【表１】
0005801752.tif 000002
【００３０】
まず、焼結鉱を製造するに際しては、鉄鉱石、石灰石、珪石、コークス（コークスブリーズ）の焼結原料をミキサー（例えば、コンクリートミキサー）で３分間混合し、焼結原料中の水分が７．８質量％となるように水分を供給して、さらに４分間混合した。その後、焼結原料を別のミキサーであるドラムミキサーに移して、４分間混合することにより造粒を行った。
【００３１】
次に、造粒した焼結原料をφ３００ｍｍの鍋試験装置に高さ３１０ｍｍまで装入し、表面に着火用ブリーズ１００ｇを追加し、着火補助用ＣＯＧガス１０Nｍ３／ｈ、吸引圧力を59kPa、着火時間９０秒として焼成した。鍋試験装置内（炉内）温度は、熱電対を炉内に上方から１５０ｍｍ下方へ差し込むことにより測定した。
なお、焼結原料において、石灰石が多いほどカルシウムフェライトが多くなり、融液量が増加するが石灰石を多くし過ぎると、石灰石の吸熱反応により焼結温度（層内温度）が低下することから、焼結温度も石灰石による吸熱反応も考慮して焼結原料の配合を決定した。具体的には、焼結原料の配合は、鉄鉱石：７９質量％、珪石：１．５質量％、石灰石：１４．５質量％、コークスブリーズ：５質量％とした。また、使用コークスブリーズの粒度分布は、焼結層内の温度パターンに影響を与えることが考えられ、コークスブリーズの粒度が細かいほど燃焼速度が速く層内が高温となるが、燃え尽きも速いため下部への燃焼が続かないという傾向がある。このようなことも考慮してコークスブリーズの粒度分布を決定した。具体的には、コークスブリーズの粒度分布は、５質量％のうち３質量％を０〜１未満ｍｍ、５質量％のうち１質量％を１〜３未満ｍｍ、５質量％のうち０．５質量％を３〜５未満ｍｍ、５質量％のうち０．５質量％を５〜８ｍｍとした。
【００３２】
焼結原料を造粒するに際しては、焼結原料に供給する水分量が多いほど粗大な疑似粒子が不均一に生成され造粒できないと同時に、水分の蒸発時に吸熱反応が大きくなり、焼結原料の温度（層内温度）が低下する。一方で、焼結原料に供給する水分量が少ない場合、焼結原料が疑似粒子化しづらく、層内の通気性が悪くなりコークスブリーズの燃焼性が低下することで層内温度が低くなる場合がある。このようなことも考慮して、焼結原料を造粒する場合での水分量を上述したように決定した。
【００３３】
基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めるに際しては、最大幅φが１５〜２０ｍｍとなる焼結鉱１５個を用意する。そして、それぞれの焼結鉱において、図２（ｂ）に示すようにＰピッチ（例えば、５ｍｍ間隔）で焼結鉱の断面であるＣＴ画像をＸ線ＣＴ装置を用いて撮像する。そして、各ＣＴ画像を２５６色のグレースケールに変換した後、「大津「電子通信学会論文誌」J63-D、１９８０年、ｐ．３４９」の文献に示されている大津のしきい値選定法を用いて二値化処理を行う。処理後画像を用いて各ＣＴ画像の断面における基質周囲長Ｌを求めると共に断面積Ｓを求め、撮影に供した焼結鉱全てについて各撮影断面の基質周囲長Ｌと断面積Ｓを記録し、Ｘ＝ΣＬ／ΣＳにより、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めた。上述したように焼結鉱の断面において、閉気孔（空隙）も断面積に算入した。
【００３４】
二次ヘマタイトの面積率Ｈを求めるに際しては、最大幅φが１５〜２０ｍｍとなる焼結鉱を３個を用意する。そして、それぞれの焼結鉱の断面をＥＰＭＡによって撮像し、撮像した画像を分析して二次ヘマタイトの面積を算出し、二次ヘマタイトの面積率Ｈ＝二次ヘマタイトの断面積／観察視野面積によって二次ヘマタイトの面積率Ｈを求めた。ＥＰＭＡの倍率は２００倍、接眼レンズ１条件当たりの観察視野は３．７８ｍｍ２とした。
【００３５】
焼結鉱の強度（落下強度）は、ＪＩＳ Ｍ８７１１に基づいて測定した。
脱珪処理では、文献「鉄と鋼、第６９号（１９８３）、第１５号）」を参考に実施し、内径７０ｍｍ×高さ１５０ｍｍのＭｇＯ坩堝にＦｅ−Ｃ合金２ｋｇを溶解して、溶鋼中Si濃度を０．５wt%に調整後、１００ｇの焼結鉱を入れることによって脱珪を行った。焼結鉱は、Φ５〜１０ｍｍであるものを用いた。脱珪処理においては、雰囲気温度はＡｒ（アルゴン）とし、１４５０℃にて１０分間坩堝を保持後、石英管吸い上げ法によりサンプルを歳出し、サンプルのＳｉ濃度を化学分析にて測定した。
【００３６】
表１の実施例に示すように、パラメータＦ、即ち、「パラメータＦ＝（焼結鉱の二次ヘマタイトの面積率Ｈ）−１０×（焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘ）」の値が４．２以上であるとき、落下強度は非常に高い値となると共に脱珪処理後の珪素濃度[Ｓｉ]を低下させることができた。一方、比較例では、パラメータＦが４．２未満であるため落下強度は低下すると共に脱珪処理後の珪素濃度[Ｓｉ]は高い値となった。
【００３７】
図４は、パラメータＦと落下強度とに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。図４に示すように、パラメータＦが４．２以上である実施例では落下強度が７７％以上となっており、比較例に比べて非常に高い値となった。
図５は、パラメータＦと、脱珪処理後における溶鋼中のＳｉ濃度とに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。図５に示すように、パラメータＦが４．２以上である実施例ではＳｉ濃度が０．１質量％以下となっており、比較例に比べて非常に低い値となった。
【００３８】
以上、本発明によれば、パラメータＦを４．２以上とすることによって、高強度で脱珪能に優れた焼結鉱とすることができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００３９】
１  焼結機
２  焼結原料
３  ホッパー
４  搬送装置
５  加熱装置
【図１】
0005801752.tif 000003
【図２】
0005801752.tif 000004
【図３】
0005801752.tif 000005
【図４】
0005801752.tif 000006
【図５】
0005801752.tif 000007